数控系统实时同步网络控制器

摘要

数控系统实时同步网络控制器及通信控制方法属于通信控制装置及方法，目的在于将具有以太网接口的数控系统底层接入设备连接起来，实现强实时、强同步信息传输。本发明网络控制器，包括以太网交换机芯片、处理器和网络连接接口；本发明通信控制方法，包括系统初始化步骤和通信步骤，通信步骤重复下述通信周期：(1)发送同步报文；(2)发送跟随报文；(3)各从站依次发送上行报文；(4)将上行报文组包生成组合上行报文发给主站；(5)主站发送一般下行报文。本发明采用以太网通用芯片，通用性好；对于16轴数控系统，插补周期可以到0.5毫秒，同步误差小于1微秒。

主权项

一种数控系统实时同步网络控制器，包括以太网交换机芯片、中央处理器和网络连接接口，以太网交换机芯片与中央处理器通过介质无关接口相连，以太网交换机芯片通过网络连接接口连接接入设备，所述接入设备包含主站和所有从站，主站为数控系统内部控制器，从站为作为执行装置的数控系统伺服驱动器、输入输出接口和位置、速度测量反馈装置，其中：(1)以太网交换机芯片包括n个物理层协议模块、n+1个介质访问控制层协议模块、交换引擎模块、以及介质无关接口，n为4～64；各物理层协议模块一端通过网络连接接口连接接入设备，另一端连接介质访问控制层协议模块，完成各接入设备网络连接接口物理层协议功能；各介质访问控制层协议模块与交换引擎模块双向连接，完成网络协议中数据链路层的介质访问控制层协议功能；交换引擎模块在接入端口检测到一个报文时，检查该报文的报文头，获取报文的目的地址，启动内部的动态查找表找到相应的输出接口，在输入与输出之间建立连接，把数据报文直通到相应的输出接口实现交换功能；如果目的地址为广播地址，则将接入端口和其它所有的输出接口相连；介质无关接口将中央处理器CPU与以太网交换机芯片相连；(2)中央处理器CPU包括定时器、存储器、实时时钟模块和介质无关接口；定时器包括周期定时器和发送定时器，周期定时器周期性产生时间中断信号，发送定时器按设定的时间值产生中断信号；存储器存储实时确定性通信调度控制程序、精确时钟同步程序和报文；实时时钟模块提供CPU的精确时钟；介质无关接口将中央处理器CPU与交换机芯片相连；(3)所述实时同步网络控制器实现具有以太网接口的接入设备时钟同步及实时、同步信息传输时，首先系统初始化，为各接入设备设定报文发送次序及所占用时间；通过在网络上反复多次发送测试报文测量得到同步网络控制器到各接入设备的网络延时di；然后进行通信，不断重复下述过程：(A)实时同步网络控制器向系统中的所有接入设备发送同步报文，该同步报文发到线路上时，实时同步网络控制器取本地精确时刻Tm；各接入设备接收到该同步报文时，记录各接入设备本地精确时刻Tsi；(B)实时同步网络控制器发送跟随报文，将本地精确时钟Tm发送给所有接入设备，其中包含主站发给各从站的数据；各接入设备接收到Tm后，计算时钟偏差Oi＝Tsi‑Tm‑di；并根据时钟偏差Oi值调整各接入设备本地时钟；各从站收到跟随报文后从中取出自己所要数据；(C)各从站按预先设定的次序依次向实时同步网络控制器发送从站到主站的上行报文；(D)实时同步网络控制器将各从站的上行报文组包后生成组合上行报文发给主站；(E)主站向实时同步网络控制器发送一般下行报文，转过程(A)。